帷幕灌漿法在水庫壩基滲漏處理中的應用

摘要：由于水庫年長以及長久以來的運行而產生的病險水庫壩基，對于高效運作產生很大的影響。因此，病險水庫壩基滲漏必須進行處理。本文就病險水庫壩基滲漏的帷幕灌漿法處理進行分析，以供參考。

關鍵詞：水庫；帷幕灌漿施工

一、水庫帷幕灌漿施工

（一）造孔及灌漿

基巖造孔。采用金剛石鉆頭單管清水鉆進。

（1）灌漿序次。3 排孔的帷幕灌漿，先灌下游排，再灌上游排，最后灌中間排。2 排孔的帷幕灌漿，先灌下游排，后灌上游排。帷幕灌漿一般在每排孔上分 3 序施工，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序先后鉆灌。

（2）灌漿方法。一般采用循環灌漿法自上而下分段灌漿。

（3）灌漿段長。根據 SL62—94《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》規定，帷幕灌漿段長宜采用 5～6m，特殊情況下可適當縮短或加長，但不得大于 10m，接觸段在巖石中的長度不得大于 2m。

（4）灌漿壓力。灌漿允許最大全壓力為 P（上部蓋重）=h×γ，h 為壩頂至橡塞底部的距離（m），γ 為土體容重（一般取 1.9t/m3）。壩肩較淺處當第 2 段灌漿計算允許最大全壓力<0.30MPa時，采用 0.30Mpa。每段灌漿前根據輸漿管長度分別計算出不同漿液濃度下的灌漿壓力及壓力表壓力，以不同漿液的水灰比灌漿來控制壓力表壓力。壓力表裝在回漿管頂部，壓力表讀數宜讀指針擺動的中值。

（5）灌漿材料及添加劑使用。帷幕灌漿一般采用普通水泥，在特殊要求下，可采用地勘水泥、磨細水泥或超細水泥。灌漿過程中根據現場情況（氣溫、灌入量、水灰比等）可采用水玻璃作速凝劑（在吸漿量較大時，宜加 3%～5%的水玻璃）。灌水泥漿液，使用普通攪拌機時，攪拌時間應不小于 3min。

（6）漿液變換。灌漿的漿液濃度應由稀到濃逐級變換，采用 3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1五個比級。根據壓水試驗透水率（q）的大小，選擇合理的開灌比，先期灌段要充分注意到各種地層的臨界水灰比，以指導后期的灌漿，使灌入量達到要求。當某級漿液累計注入量已達 300L以上，或灌漿時間已達 30min，而灌漿壓力各注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級水灰比。當注入率大于 30L/min 時，可越級變濃。當灌量大，難以結束時，采取縮短初凝時間、降壓、限流等措施。

（7）灌漿結束標準、待凝。當單位進漿量達到規范結束標準后，再灌 30min，實施壓力閉漿，當壓力表回零后，結束灌漿。灌漿結束待凝12h 后再進行下一段鉆進。

（8）封孔。全孔灌漿結束后，待凝 12 小時進行封孔作業。

二、帷幕灌漿質量控制要點

（一） 清水造孔與下套止水止漿

為保證灌漿質量，在基巖和砂礫石層灌漿均采用清水造孔。目前基巖采用清水造孔技術已相當成熟，而傳統的砂礫石造孔和灌漿工藝難以保證灌漿質量。

下套進行止水止漿是保證砂礫石層灌漿質量的要點，采用砂礫石地基灌漿創新技術（此技術已通過水利廳鑒定，并達到國內領先水平）中的下套止水止漿法，確保了灌漿工程質量。此工藝在多項除險加固工程砂礫石地基灌漿中得到應用，取得了良好的效果。

（二）灌漿壓力

灌漿壓力是控制灌漿質量的重要因素。壓力過小，影響灌漿擴散半徑，不能形成連續的帷幕；壓力過大，會使裂隙擴大或引起巖體抬動變形而形成新的裂隙，反而破壞了巖體的完整性，尤其在接觸段灌漿時，壓力過大會導致壩體劈開。因此在灌漿過程中要控制好灌漿壓力，根據不同的地層和先期灌漿孔的吸漿量，及時調整灌漿壓力，增加水泥灌入量，保證灌漿工程質量。

（三）灌漿材料

根據地層的滲透性，選擇合適的灌漿材料能提高灌漿效果。目前選擇的材料有普通水泥、地勘水泥、磨細水泥和超細水泥。帷幕灌漿一般采用普通水泥；有特殊要求時，可采用磨細水泥或超細水泥，能擴大灌漿擴散半徑，增加水泥的灌入量；在動水位、透水性大的地層可采用地勘水泥，能防止灌漿擴散半徑過大，有利于帷幕的成幕。

（四）灌漿段長

對于基巖地基灌漿，在實際施工中如果不進行控制，接觸段灌漿段長往往會超過 2m。這樣做看似對灌漿質量影響不大，容易忽視，實際對灌漿質量是有很大影響的。根據多年施工經驗，壩基滲漏問題主要在接觸段，施工過程中特別要控制好接觸段的灌漿質量。一般情況下，灌漿段長度控制在 5m 左右為宜；如遇破碎帶或裂隙發育不均一段，則應縮短到 3m 左右；如遇集中滲漏帶，應單獨分段灌漿，這樣才能保證灌漿質量。

對于砂礫石地基灌漿，縮短段長可提高灌漿效果，一般取 3m 左右，接觸段段長不得大于 2m。如遇礫石比較松散，透水率相對較大，可進一步縮短段長，建議取 2m 左右，能提高灌漿質量。

（五） 臨界水灰比

漿液在變級過程中，當漿液變濃一級后單位時間吸漿量明顯變小，變濃前一級水灰比就是臨界水灰比。為保證灌漿質量，盡量擴大吸漿量，在灌漿過程中對臨界水灰比進行分析，確保漿液變級的合理性。當漿液達到臨界水灰比時，盡可能的多灌入此濃度漿液，能有效提高灌漿質量。

三、工程案例

（一）水庫大壩為黏土鋪蓋心墻砂殼壩，壩長 517m，壩高 24.0m，總庫容為 1474.0 萬 m3。水庫壩基為雙層地基，上部為砂礫卵石層，下部為基巖。

壩基帷幕灌漿設 A、B 兩排灌漿孔，分三序施工。帷幕懸掛深度至高程-11.05m，兩排排距1.5m，孔距 2.0m。本工程的質量控制要點如下：

（1）造孔與下套。砂礫石造孔采用砂礫石清水造孔技術，金剛石鉆頭單管清水鉆進，局部孔段砂礫石較松散，造孔時進水量要小，若發生塌孔，用彈簧鉆頭打撈孔內掉塊，采用干鉆。

下套與心墻造孔同步進行，采用砂礫石地基灌漿創新技術中的下套止水止漿法，接觸段灌漿時，套管離接觸面 0.3～0.5m，灌漿結束后，套管打下至地基面。第 2 段灌漿后，下小一檔套管至砂礫石層 1.5～2.0m。

（2）灌漿材料。根據先導孔的施工情況，在不同的透水率范圍選擇不同的灌漿材料，A 排Ⅰ、Ⅱ序孔結束后，為增加漿液注入量，在Ⅲ序孔施工時做了適當的調整。B 排孔施工時，根據A 排孔施工情況，對灌漿材料及其在透水率范圍內應用做了調整，提高了灌漿質量。具體如下：

A 排：Ⅰ、Ⅱ序，Lu>30，地勘水泥；10≤Lu≤30，普通水泥；Lu<10，磨細水泥。Ⅲ序，Lu≥10，普通水泥；Lu<10，磨細水泥。B 排：Ⅰ、Ⅱ序，Lu≥10，普通水泥；Lu<10，磨細水泥。Ⅲ序，Lu≥15，普通水泥；Lu<15，磨細水泥。

（3）灌漿段長。接觸段段長不超過 2m，段內包含心墻土和地基兩種介質。砂礫石層縮短段長能提高灌漿效果，根據砂礫石松散程度，取2.0～3.0m，基巖段長為 5.0～6.0m。

（4）灌漿壓力。接觸段灌漿根據先導孔試驗情況確定合適的灌漿壓力，但最大不能超過設計最大全壓力 P。經過Ⅰ，Ⅱ序的施工，Ⅲ序孔的灌漿壓力適當提高一些，每段灌漿壓力在原設計壓力的基礎上增加 0.05MPa，有利于漿液更好的擴散，以確保灌漿質量。

（二）水庫為混凝土面板堆石壩，壩頂高程106.0m，最大壩高64.0m，總庫容2.44億m3。根據查明的地質資料，左岸玄武巖下伏砂礫石存在滲漏問題，且范圍較廣，須進行帷幕防滲。設計擬定從溢洪道左側混凝土接頭范圍內采取帷幕灌漿處理，與溢洪道以及大壩基礎帷幕相接，共同形成樞紐的防滲體系。

左岸砂礫石層選用水泥帷幕灌漿，在防滲處理范圍選擇一段作試驗段進行灌漿試驗，通過試驗確定帷幕灌漿設計方案。具體分 3 個階段進行：

第 1 階段試驗范圍為軸線排 A77—A85，孔距 2.0m，分三序施工，帷幕深入基巖以下 5.0m。

第 2 階段試驗是在軸線排向左延伸 10.0m增設的 5 只孔（孔號為 A72-A76）及在上游 2.0m布設 14 只孔（孔號為 B72—B85），兩排各孔呈梅花形布置，分三序施工，帷幕軸線排深入基巖以下 5.0m，上游排深入基巖以下 0.5m。

第 3 階段試驗在原試驗段左側延伸方向布置三排灌漿孔，單排孔數為 16 只，孔距、排距均為 2.0m，分三序施工。帷幕軸線排深入基巖以下 5.0m，上、下游排深入基巖以下 0.5m。本工程質量控制要點如下：

（1）造孔與下套。砂礫石造孔采用砂礫石清水造孔技術，金剛石鉆頭單管清水鉆進，覆蓋層開孔直徑為 150mm；玄武巖造孔直徑為 130mm；砂礫石層造孔直徑為 110～91mm；終孔段直徑為 91mm。在施工中，為防止砂礫石層造孔時發生塌孔現象，造孔時進水采用小水量，灌漿時盡量延長灌漿時間。

下套進行止水止漿是本工程的難點之一，結合土壩砂礫石地基灌漿技術中的下套止水止漿法，根據水庫玄武巖下伏砂礫石地基的特點及時進行研究改進，并在試驗中應用，確保工程的質量。

（2）灌漿壓力。在第 1 階段砂礫石層灌漿過程中，由于地層比較密實，在設計壓力條件下灌注，發現吸漿量明顯偏小，因此在第 2、3 階段采取提高壓力進行灌注。第 1 階段第 1 段灌漿壓力為 0.3MPa，以下每段增加 0.05MPa。第 2、3 階段玄武巖層灌漿壓力為 0.6MPa，砂礫石層首段灌漿壓力取 0.8MPa，以下每段增加 0.03～0.04MPa。

（3）灌漿材料。第 1、2 階段試驗孔采用PO42.5 的普通硅酸鹽水泥，檢查部分孔段透水率未能達到設計要求，在第 3 階段試驗孔增加了磨細水泥。第 3 階段上、下游排的 56—63 號孔灌漿材料采用 PO42.5 的普通硅酸鹽水泥，軸線排鉆孔和上、下游排的 64—71 號孔采用磨細水泥。通過不同材料灌漿效果的比較試驗，最終確定帷幕灌漿材料。

（4）灌漿段長。根據第 1、2 階段的灌漿情況，因第 2、3 段砂礫石透水率相對較大，為進一步提高此范圍的灌漿質量，在第 3 階段中、后期適當調整灌漿段長。具體為在試驗第 1、2 階段及第 3 階段初期，第 1 段段長為 2.0m，第 2～6 段段長為 3.0m，軸線排第 7 段為 3.0m，上、下游排第 7 段為終孔段深至基巖 0.5m，軸線排第 8 段為終孔段深至基巖 5.0m。在第 3 階段中、后期，對第 1～6 段長做出調整，分別為 2.5、2.0、2.0、3.0、3.5、3.5、3.5m，其余不變。

（5）臨界水灰比。由于本工程砂礫石地層比較密實，根據第 1、2 階段的施工情況，為保證灌漿質量，盡量擴大吸漿量，第 3 階段試驗中，對本工程的臨界水灰比進行分析。經綜合分析，本工程灌漿的臨界水灰比為 2：1，當漿液需變濃至臨界水灰比時，一般在進漿量達到上一級濃度進漿量的 2 倍以上并且單位時間進漿量未明顯改變的情況下才變濃。

四、結束語

帷幕灌漿法因此具有施工簡單、經濟等特點而廣泛應用于水庫防滲工程。在施工過程中要確保灌漿質量，就要選擇恰當的造孔技術、合適的灌漿壓力和灌漿材料、合理的灌漿段長、增加臨界水灰比的灌入量，才能讓灌漿質量得到保證。